Warum haben CRTs 3 Elektronenkanonen?

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Ich habe mich eine Weile darüber gewundert:

Da der Leuchtstoff für einen bestimmten Zeitraum angeregt bleibt, könnte ich mir vorstellen, dass eine einzelne Elektronenkanone den roten, grünen und blauen Leuchtstoff nacheinander ansteuert, anstatt 3 parallele Strahlen zu haben. Dies würde auch alle Konvergenzprobleme lösen.

Da die Branche sich für 3 Strahlen entschieden hat und die Röhren von Leuten entworfen wurden, die viel mehr wissen als ich, haben sie offensichtlich einen guten Grund, 3 Strahlen zu verwenden, und ich möchte gerne wissen, wo der Fehler in meinem Denken liegt.

Thomas
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Der Strahl müsste mit einer dreimal höheren Frequenz moduliert werden und der kleinste Phasenfehler würde zu schlechten Farben führen
Hagen von Eitzen,
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Wie genau würde eine einzelne Elektronenkanone Konvergenzprobleme lösen?
Dmitry Grigoryev
Schauen Sie sich den Trinitron an: Einzelpistole mit 3 Elektroden.
Carl Witthoft
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@ Carl, es sind immer noch 3 unabhängige Strahlen, anstatt eines, das die Leuchtstoffe nacheinander aufleuchtet
Thomas,
Es gab mehrere verschiedene Systeme, bei denen weniger "Waffen" eingesetzt wurden.
Hot Licks

Antworten:

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Die ersten Farbfernseher wurden komplett aus analogen Komponenten gebaut. Mit der damals verfügbaren Technologie wäre es äußerst schwierig gewesen, drei Farben mit einer einzigen Elektronenkanone zu sequenzieren.

Die getrennten Kanonen ermöglichen auch die getrennte Anregung der entsprechenden Sätze von Leuchtstoffpunkten durch die Schattenmaske, genau WEIL sie sich an physikalisch getrennten Orten befinden. Es ist der unterschiedliche Einfallswinkel, der sicherstellt, dass jeder Elektronenstrahl nur die Farbe anregt, die er haben soll.

Denken Sie daran, dass die Phosphorpunkte VIEL kleiner sind als der Durchmesser des Elektronenstrahls, wenn er den Bildschirm erreicht. Wenn Sie eine einzelne Elektronenkanone und keine Schattenmaske hätten, müssten die Leuchtstoffpunkte etwas größer als der Strahldurchmesser sein, um ein "Ausbluten" der Farben zu verhindern, wodurch sie bei Betrachtung unangenehm groß ("körnig") würden.


Das heißt, es gab mindestens ein experimentelles Design, das eine einzelne Kanone und ein Zeitmultiplex der Farben verwendete. Es wurden vertikale Leuchtstoffstreifen verwendet, wobei in jeder Gruppe ein zusätzlicher nach innen gerichteter Streifen enthalten war. Dieser nach innen gerichtete Streifen erzeugte Lichtblitze, die von einem in die CRT eingebauten Fotovervielfacher eingefangen wurden, und diese Impulse wurden verwendet, um die Farbmultiplexschaltung mit der tatsächlichen Strahlposition synchron zu halten.

Unnötig zu sagen, es hat sich nie durchgesetzt.

Dave Tweed
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Danke für die Erklärung. Die Schattenmaske ist also so aufgebaut, dass der Winkel vom Strahl mit einbezogen wird.
Thomas
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Ja. Eine der Konvergenzeinstellungen wird als "Reinheit" bezeichnet, bei der geringfügige Fehlausrichtungen aufgrund von Fertigungstoleranzen und externen Magnetfeldern ausgeglichen werden.
Dave Tweed
Dang @ DaveTweed du hast mich an den Draht geschlagen; D
Trevor_G
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Das Multiplex-Einkanonen-Design litt unter anderem unter geringer Helligkeit.
Neil_UK
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@PeterGreen: Der Diamondtron war Mitsubishis Version des Sony Trinitron. Dieses Design verwendet eine "einzelne Kanone", hat aber immer noch drei verschiedene Elektronenstrahlen und eine modifizierte Schattenmaske, die als "Aperturgitter" bezeichnet wird.
Dave Tweed
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Ein Monochrom-Fernseher hat nur eine Pistole, die Linien über den Bildschirm malt. Ein Farbfernseher muss drei Farben auf den Bildschirm malen.

Bei einem klassischen Fernsehsignal werden die drei Farbkanäle zu einem einzigen Signal gemischt und zeitlich gemultiplext. Diese Informationen werden getrennt, um die Intensitätsstufen für Rot, Grün und Blau für den Strahl zu generieren, wenn dieser überquert wird.

Um die Farben knackig zu halten, möchten Sie leider nicht, dass die roten Informationen über die grünen und blauen gemalt werden und umgekehrt.

Dazu haben sich die Erfinder des Farbfernsehens einen cleveren Trick ausgedacht, bei dem drei Pistolen in einem kleinen Winkel auf den Bildschirm schießen. Die Strahlen müssen dann durch ein Lochraster gehen. Der Bildschirm erzeugt praktisch überall einen Schatten, außer dort, wo sich der entsprechende farbige Leuchtstoff befindet. Das heißt, die rote Kanone kann nur auf roten Phosphor, grün auf grün und blau auf blau leuchten.

Bildbeschreibung hier eingeben

Beachten Sie, dass die Pistole keine Pixel malt. Der Strahl ist größer als die Löcher im Bildschirm. Tatsächlich hat der Fernseher keine Ahnung, wie viele Pixel sich auf dem Bildschirm befinden.

Könnte das heute mit einer einzigen Kanone und einer Hochfrequenzsteuerung über einen einzigen sehr eng fokussierten Elektronenstrahl geschehen, aber es wäre keine einfache Sache. Wenn Sie nicht wissen, wo der Strahl auf den Leuchtstoff trifft, reagieren Sie äußerst empfindlich auf Temperaturänderungen in der Röhre sowie auf elektronische und mechanische Schwankungen.

Man muss bedenken, dass zu der Zeit, als das Farbfernsehen erfunden wurde, Vakuumröhren noch die Norm waren und Transistorfernsehgeräte immer noch ein Wunschtraum waren. Tatsächlich ist es bemerkenswert, dass es ihnen gelungen ist, CRTs so gut wie möglich zu machen.

Natürlich funktionieren moderne Nicht-CRT-Fernseher nicht auf diese Weise und werden tatsächlich pixelgesteuert.

Trevor_G
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Ich verstehe jetzt, wie die Maske es jedem Strahl ermöglicht, den richtigen Phosphor zu treffen! Vielen Dank!
Thomas
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+1 Ich hätte es vorgezogen, wenn die Strahlen auf der linken Seite breiter gewesen wären, um die Wirkung der Maske (und möglicherweise sichtbarer benachbarter Löcher) zu sehen, aber trotzdem eine gute Erklärung.
Dubu
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Sie sagten: "Der Fernseher hat keine Ahnung, wie viele Pixel sich auf dem Bildschirm befinden." Ja. Bei Schwarzweißfernsehgeräten werden Zeilen horizontal gescannt, aber die Helligkeitsschwankungen beim Scannen der Zeile sind kontinuierlich - in diesem Sinne gibt es überhaupt keine "Pixel". Ich bin mir nicht sicher, ob die Leute das heute realisieren. So sind auch die Farbvariationen kontinuierliche Ströme, aber es war physikalisch notwendig, Phosphorpunkte und die Schattenmaske zu verwenden, um sie aufzubauen. Es unterscheidet sich genauso von digitalen Bildern wie analoges Telefon von MP3.
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Die Farbpunkte auf einer Schattenmasken-CRT-Fläche sind keine Pixel. Tatsächlich gibt es in einem vollständig analogen Fernsehsystem keine Pixel. Pixel (auch bekannt als "PICture ELements") sind die Abtastwerte eines 2D-Bildes an Punkten in einem regulären Raster. In einem analogen Fernsehsystem sind keine Pixel vorhanden, da in horizontaler Richtung keine Abtastung erfolgt. Die Werte für jede Zeile werden als kontinuierliche analoge Wellenform gesendet.
Solomon Slow
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@ Jameslarge Shadow Mask macht das Sampling, nicht wahr? Andernfalls haben nur VGA-LCDs auch keine Pixel, wenn wir Ihnen folgen.
Ruslan
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Nicht alle Farbfernseher haben 3 Elektronenkanonen!

Ich könnte mir vorstellen, dass eine einzelne Elektronenkanone die roten, grünen und blauen Leuchtstoffe nacheinander ansteuern könnte, anstatt drei parallele Strahlen zu haben. Dies würde auch alle Konvergenzprobleme lösen.

Sie beschreiben, wie die Trinitron- Bildröhre von Sony funktioniert. Es wird nur eine Elektronenkanone verwendet!

Zitat aus der Wikipedia-Seite :

Das Trinitron-Design umfasst zwei einzigartige Merkmale: die Dreikathoden-Bildröhre mit einer Kanone und das vertikal ausgerichtete Blendengitter.

In diesem hervorragenden Video von Technology Connections finden Sie eine Erläuterung der Trinitron-Röhre.

Abseits des Themas: Ich habe einmal einen Trinitron-Fernseher gesehen, mir einen gekauft, als ich es mir leisten konnte, und bin nie zurückgekommen. Auch mein erster PC-Monitor war ein kleines Trinitron.

Bimpelrekkie
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War gerade dabei das zu posten, schlag mich drauf! Obwohl es drei Kathoden hatte, war es mehr wie drei Kanonen in einer
RoguePlanetoid
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Trinitron hatte ein einzigartiges Subpixel-Muster, das modernen LCDs ähnelte - vertikale Streifen nebeneinander, und selbst sie mussten auf die Ablenkung im letzten Moment zurückgreifen, um das richtige Subpixel zu erreichen. Viele andere Röhren hatten Subpixel in ordentlichen Dreiecken angeordnet, so dass es nicht einfach war, sie mit einem Strahl horizontal abzutasten.
Agent_L
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Trinitron verwendete 3 Elektronenkanonen. Nicht eins..!! Ich habe eine dieser CRTs aufgeschlagen und bin mir da verdammt sicher.
Soosai Steven
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Um Verwirrung zu beseitigen. Die Trinitron-Elektronenkanone war eine einzelne Baugruppe, erzeugte aber immer noch drei Strahlen nebeneinander. Der Unterschied zu anderen CRTs bestand darin, dass diese horizontal und in einer Linie anstatt in einem Dreieck angeordnet waren und die Projektion durch ein vertikales Gitter, das als Aperturgitter und nicht als Punktmustermaske bezeichnet wird, und die Leuchtstoffe als durchgehende vertikale Linien statt als kurze Punkte / Balken.
Thomasrutter
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Trotz der Werbung von Sony haben die Trinitron-Kathodenstrahlröhren "fast" drei Elektronenkanonen und sie haben drei separate Strahlen erzeugt. Die drei Kanonen teilen sich ein gemeinsames Gehäuse und eine erste Anode, haben jedoch getrennte Kathoden und Gitter. Ein Blick auf das Schema eines Trinitron-Fernsehers zeigt dies deutlich. Der Wikipedia-Artikel überbewertet den Fall.
Jamie Hanrahan
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Es wurde versucht, 3 Farben mit 1 Strahl zu schreiben. Dies wird als "Strahlindexröhre" bezeichnet. Unter Verwendung von Positionsrückkopplungsinformationen kann ein schmaler Elektronenstrahl erzeugt werden, um 1 Phosphorstreifen abzutasten. Wiederholen Sie dies 3 Mal für 3 Farben.

https://en.wikipedia.org/wiki/Beam-index_tube

Vorteile sind:

  • 3-fach höhere Effizienz aufgrund fehlender Schattenmaske.

  • Dünnere Kanone (nur 1 Kathode), dünnerer Hals, geringeres Magnetfeldvolumen, effizientere Ablenkung.
  • Möglichkeiten für flache Faceflate und / oder flache Kegel.

Nachteile sind:

  • Grundsätzlich kann ein Elektronenstrahl bei hohem Strom aufgrund von Elektronenabstoßung nicht schmal sein.
  • Woher erhalten Sie die Indexinformationen? Ein Stromsensor in der Anode bei 30 kV? Ein Lichtsensor mit unsichtbarem Licht?
  • Wie lenke ich den Strahl genau? Die magnetische Ablenkung ist relativ langsam.
  • Sie müssen den Strahl auch auf nahezu Schwarz lenken. Sind Sie bereit, ein tiefes Schwarz für ein stärkeres Rückkopplungssignal aufzugeben?
  • Dreifache Bandbreite des Videosignals erforderlich. Problematisch für HDTV.

Es war ein gescheiterter Versuch, den Lebenszyklus von CRTs zu verlängern, als sich bereits Plasma- und LCD-Bildschirme am Horizont befanden. Eine Schattenmaske mit all ihren Komplikationen ist einfacher.

Denken Sie daran: Die Farbfilter auf einem LCD-Bildschirm entsprechen einer Schattenmaske und absorbieren 2/3 des Lichts. Dies zu lösen, sollte viel einfacher sein als eine CRT zu indizieren, aber niemand scheint es zu tun. Die Displayindustrie ist sehr träge. Die Kosten für Änderungen sind so hoch.

PS Die Sony Trinitron-Kanone verfügt über 3 Kathoden in 3 Kanonen, die sich eine große Hauptlinse teilen. 3 Inline-Kanonen gibt es nicht nur bei Trinitron, sondern sie ermöglichen eine Schattenmaske, die nur aus vertikalen Drähten besteht. Aus praktischen Gründen ist es nur eine weitere Schattenmaske mit einigen + und -.

PPS Sie können auch 1 S / W-Display mit einem zyklischen Farbfilter außerhalb verwenden. Dadurch erhalten Sie eine "feldsequenzielle Farbe". Die meisten DLP-Beamer (von TI) tun dies. Dadurch sparen Sie sich die zwei zusätzlichen Kameras und diese sind schnell genug, um damit umzugehen.

StessenJ
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Die Schattenmasken-Kathodenstrahlröhre verwendet anstelle einer Elektronenkanone drei verschiedene Kanonen, die nebeneinander angeordnet sind, um ein Dreieck oder ein "Delta" zu bilden. Jeder Pixelpunkt auf dem Bildschirm besteht ebenfalls aus drei Arten von Leuchtstoffen produzieren rote, blaue und grüne Farben Diese Platte hat strategisch platzierte Löcher, sodass die Strahlen der drei Elektronenkanonen, wenn sie auf ein bestimmtes Pixel fokussiert werden, nur auf ein bestimmtes farbproduzierendes Pixel fokussiert werden.

Diese Anzeigen werden auch als Strichzeichnungsanzeigen zum Auffrischen bezeichnet, da das Bild verschwindet (normalerweise in etwa 100 Milliarden Sekunden) und die Bilder kontinuierlich aufgefrischt werden müssen, damit die menschliche Persistenz des Sehens sie als statische Bilder erscheinen lässt. Sie sind einerseits teuer und neigen auch dazu zu flimmern, wenn komplexe Bilder angezeigt werden

user174806
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Ich finde es amüsant, dass Ihre Frage lautet: "Dies würde auch alle Konvergenzprobleme lösen." durch Entfernen des Mechanismus für Farbtrennung und Konvergenz. Die Auflösung der Farbmaske ist zufällig halborthogonal zur Auflösung des Fernsehbildes (was genau genommen nur vertikal definiert ist, da sich der Strahl horizontal zusammen mit dem analogen Signal ändert): Ein "Punkt" wird unscharf begrenzt und durch dargestellt mehrere rote, grüne und blaue Leuchtstoffbereiche. Durch die Farbanpassung wird sichergestellt, dass Pistolen, Maske und Leuchtstoffe so zusammenwirken, dass nur farbige Punkte der richtigen Art leuchten.

Triniton ersetzt das sechseckige Gitter durch farbige Streifen und reduziert so den Schwarzanteil zwischen den Farben: Die "Maske" besteht aus vertikalen Drähten. Um sie zu stabilisieren, sind zwei horizontale Drähte eingewebt, die als leicht dunkle Linien auf dem Bildschirm erscheinen.

In beiden Fällen ist die Fokussierung des Strahls breit genug, damit die verschiedenen Linien auf dem Bildschirm einen vernünftig zusammenhängenden Bereich abdecken, und dieser Bereich ist erheblich kleiner als die Größe der Farbpunkte oder -streifen. Der Unterschied wird durch die Farbmaske bestätigt und kann unabhängig von der weniger genauen allgemeinen Bildgeometrie kalibriert werden.


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